[mdtoday = 이승재 의학전문기자] 뇌동맥류가 점진적으로 취약해져 파열에 이르는 핵심 분자 생물학적 기전이 규명됐다.

뇌동맥류 벽을 구성하는 세포들의 공간적 조직화 및 유전자 발현 프로필을 정밀 분석한 이번 연구 결과는 '네이처 신경과학 저널(Nature Neuroscience)'에 실렸다.

뇌동맥류는 인구 50명 중 1명꼴로 발견될 만큼 비교적 흔하지만, 파열 전까지 아무런 전조증상이 없어 '시한폭탄'으로 불린다. 일단 파열되면 치명적인 뇌졸중을 유발해 높은 사망률과 심각한 신경학적 후유증을 남기기에 임상적 중요성이 크다.

그동안 임상 현장에서는 주로 동맥류의 '크기(보통 7mm 기준)'나 해부학적 위치에 의존해 수술(코일색전술, 결찰술 등) 여부를 가이드해 왔으나, 크기가 작은 경증 동맥류가 갑자기 파열되는 등 임상적 역설이 빈번해 실제 혈관 벽을 파괴하는 근본적인 생물학적 드라이버를 규명해야 한다는 지적이 지배적이었다.

미국 샌프란시스코 캘리포니아대학교(UCSF) 신경외과학교실의 에단 윈클러(Ethan Winkler) 교수 연구팀은 인간의 실제 뇌동맥류 조직과 건강한 대조군 뇌동맥에서 채취한 10만 개 이상의 단일 세포를 바탕으로 단일 세포 전사체 분석을 진행했다.

연구팀은 혈관 벽을 구성하는 19개의 독립적인 세포 유형을 식별하고, 각 세포 내에서 활성화된 유전자 지도 및 세포 간 상호작용 메커니즘을 정밀 추적했다.

연구 결과정상적인 뇌동맥 벽은 내피세포층, 수축과 이완을 가이드하는 두꺼운 평활근세포(Smooth muscle cell)층, 그리고 외막의 섬유아세포(Fibroblast)층이 규칙적인 동심원을 이루고 있었다.

반면 파열 위험이 높은 동맥류 조직에서는 혈압을 견뎌내야 하는 평활근세포들이 무더기로 소실되어 구조적 공백이 나타난 것으로 확인됐다.

그 공백을 메운 것은 흉터 조직을 형성하는 이른바 '활성화된 섬유아세포(Activated fibroblasts)'였다.

이 변형된 세포들은 혈관 벽을 딱딱하게 경직시켜 혈류가 칠 때마다 유연하게 대처하지 못하도록 방해했으며, 유전성 동맥류 위험과 관련된 특이 유전자들을 강하게 발현하고 있었다.

가장 핵심적인 반전은 이 활성화된 섬유아세포 주변으로 몰려든 특정 '대식세포(Macrophage, 면역 세포)'의 행동 양식에서 포착됐다.

분자 진단 결과, 이 대식세포들은 놀랍게도 일반적인 혈관 조직이 아닌 골 조직(Bone tissue)에서나 발견되는 특이 유전자를 발현하며 일종의 대사성 교란을 일으키고 있었다.

나아가 연구팀은 이 두 세포 사이에 '대사성 파괴 회로'가 형성되어 있음을 증명했다.

활성화된 섬유아세포가 특정 신호 물질을 방출하면, 이를 수신한 대식세포가 촉발되어 혈관의 기저 지지 구조를 사정없이 녹여버리는 '기질 분해 효소'를 대량으로 뿜어내는 악순환(Feedback loop)이 유도된 것이다.

반면 연구진이 실험적으로 이 세포 간 신호 전달 경로를 차단하자 대식세포의 효소 분비가 유의미하게 대폭 급감하는 상쇄 예후가 확증됐다.

이 생물학적 인과 기전은 크기가 7mm 미만으로 작아 임상 가이드라인상 안전하다고 판단된 동맥류들이 왜 허무하게 파열되는지에 대한 미스터리를 완벽히 설명해 준다.

동맥류의 위험도는 단순한 물리적 부피가 아니라, 혈관 벽 내부에서 평활근이 유실되고 활성화된 섬유아세포와 면역 세포가 결합해 구조를 난도질하는 분자 생물학적 퇴행 깊이에 비례하기 때문이다.

연구진은 이러한 임상 및 분자 전사체 근거를 바탕으로 활성화된 섬유아세포와 골 유래 대식세포 간의 상호작용이 뇌동맥류 벽의 기질 붕괴 및 파열을 유도하는 독립적이고 강력한 유해 인자이며, 크기 중심의 스크리닝을 넘어 분자 바이오마커 기반으로 파열 위험을 정밀 예측하고 관리하는 신경외과학계의 새로운 이정표가 될 것이라고 결론지었다.